МУФТА С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ С РЕГУЛИРУЕМЫМ ВОЗДУШНЫМ ЗАЗОРОМ Российский патент 2005 года по МПК H02K49/04 F16D7/02 

Настоящее изобретение относится к магнитным муфтам, имеющим взаимодействующие роторы с постоянными магнитами и роторы с проводниками, разделенные воздушными зазорами.

Муфты с постоянными магнитами общего типа, описанные в патенте США №5,477,094, имеют ротор с магнитами и ротор с проводниками, взаимодействующие для того, чтобы передать мощность от ведущего вала к ведомому валу. Ротор с магнитами имеет множество расположенных по периферии с промежутками постоянных магнитов, имеющих противоположные полюса, отделенные воздушными зазорами от электропроводящих элементов проводников, выполненных на роторе с проводниками с противоположных сторон на оси ротора с магнитами. Во многих случаях предпочтительно, чтобы воздушные зазоры можно было быстро регулировать после установки муфты для получения или изменения "мягкого пуска" при запуске, причем имеется в виду, что первоначально при запуске имеет место заметное буксование при вращении между роторами, которое постепенно уменьшается до минимума за несколько секунд, когда скорость ведомого вала увеличивается от нуля до максимума. Меньший пусковой момент требуется для того, чтобы передать заданную нагрузку, если муфта связана с нагрузкой так, что при этом происходит мягкий пуск, наблюдаемый во время запуска. Также, когда обеспечивается мягкий пуск, происходит меньший толчок в системе передачи мощности.

Регулирование воздушных зазоров дает возможность сделать данную магнитную муфту соответствующей для максимальной производительности в применениях для различных нагрузок без необходимости изменения числа магнитов в роторе с магнитами. Такое регулирование после установки муфты дает возможность производить регулируемый мягкий пуск муфты без удаления или отсоединения муфты, если нагрузка на устройство изменилась.

Задачей настоящего изобретения является создание системы регулирования воздушного зазора, которую можно просто использовать по месту после установки муфты. В соответствии с настоящим изобретением ротор с магнитами установлен на одном валу, а корпус, окружающий ротор с магнитами, установлен на втором коаксиальном валу. В предпочтительных конструктивных выполнениях пара электропроводящих узлов, отделенных воздушными зазорами от противоположных концов ротора с магнитами, установлена на корпусе с возможностью скольжения для изменения воздушных зазоров. Регулировочные болты или другие регулировочные устройства расположены соосно между корпусом и электропроводящими узлами для того, чтобы изменять воздушные зазоры по оси в соответствии с поворотом регулировочных устройств и посредством этого перемещать электропроводящие узлы по оси относительно корпуса.

На чертежах:

фиг.1 изображает вид муфты в разрезе по оси вращения муфты по первому конструктивному выполнению изобретения;

фиг.2 - аналогичный вид в разрезе по второму конструктивному выполнению;

фиг.3 - подробный вид в разрезе по линии 3-3 на фиг.2;

фиг.4 - вид муфты в разрезе, на котором показано третье конструктивное выполнение изобретения;

фиг.5 - подробный вид в поперечном разрезе по линии 5-5 на фиг.4.

На чертежах показаны корпус 10 и ротор 12 с магнитами, установленные посредством втулок 14, 15 на коаксиальных ведущем и ведомом валах 16, 17 соответственно. Корпус 10 имеет монтажный диск 18, прикрепленный болтами 19 к втулке 14, и имеет кольцевую монтажную пластину 20, которая удерживается параллельно с промежутком относительно диска 18, посредством комплекта расположенных по периферии с промежутками распорных болтов 22. Каждый из этих распорных болтов имеет центральный стержень 22а и конечные резьбовые участки 22b, 22с, объединенные с кольцевыми уступами 22d. Эти уступы входят в зацепление с кольцевыми гнездами 23, соединенными с резьбовыми отверстиями 24 и гладкими отверстиями 25, обработанными разверткой, вблизи наружных периметров монтажных деталей 18, 20. Гайки 26 навинчены на резьбовые конечные участки 22b, 22с болтов 22 для того, чтобы удерживать болты и монтажные детали 18, 20 вместе в виде прочного блока.

В соответствующую пару втулок с уступами 27а, 27b входят стержни болтов 22а для того, чтобы служить направляющими деталями для пары узлов проводников 28, 29, содержащих пару электропроводящих колец 30а, 30b, предпочтительно медных, и пару магнитных опорных колец 31а, 31b, предпочтительно из мягкой стали. Электропроводящие кольца прикреплены к опорным кольцам посредством винтов 32, имеющих стержни, которые ввинчиваются в опорные детали 31а, 31b, и конические головки, входящие в кольца 30а, 30b заподлицо с торцами колец, которые находятся вблизи ротора 12 с магнитами. В дополнительных отверстиях 33а, 34а в кольцах 30а-30b и 31а-31b содержатся втулки 27а, 27b.

В опорных кольцах 31а, 31b имеются конические отверстия 36, расположенные так, что они совпадают с резьбовыми отверстиями 37 в монтажных деталях 18, 20 корпуса 10. Регулировочные болты 38 ввинчены в отверстия 37 и имеют конические головки 38а, которые свободно поворачиваются в конических отверстиях 36 в опорных кольцах 31а, 31b в соответствии с поворотом с применением инструмента наружных концов болтов. Для размещения инструмента концы болтов 38 могут быть выполнены со щелями, с выемками, или иметь снаружи лыски. Болты 38 имеют пары контргаек 39.

Следует отметить, что поскольку головки 38а регулировочных болтов 38 удерживаются в конических отверстиях 36 посредством перекрывающих их электропроводящих колец 30а, 30b, поворот болтов 38 приводит в результате к осевому перемещению узлов проводников 28, 29, тем самым регулируется ширина воздушных зазоров 40, 41 между электропроводящими кольцами 30а, 30b и комплектом постоянных магнитов 42, которые имеются в роторе 12 с магнитами. Эти магниты установлены в ряде сопряженных отверстий 43, размещенных в форме круга, который проходит через диск 44 ротора с магнитами из немагнитного материала. Диск 44 установлен посредством болтов 46 на втулке 15.

Описанная муфта имеет втулки 14, 15, закрепленные на валах 16, 17 посредством стяжных муфт 46, 46', затянутых по месту винтами 46а. Предварительно перед сборкой муфты на валах 16 - 17, опорные кольца 31а, 31b обычно установлены посредством регулировочных болтов 38 на монтажном диске 18 и монтажном кольце 20 после того, как будут вставлены втулки 27а, 27b, и затем электропроводящие кольца 30а, 30b монтируются посредством винтов 32 на опорных кольцах для образования подсборок. Далее, втулка 14 и подсборка, содержащая диск 18 и узел проводника 28, устанавливаются на вал 16, и другая подсборка, содержащая кольцо 20 и узел проводника 29, вставляется поверх открытого конца вала 17 для того, чтобы свободно окружить этот вал. Следующей стадией является установка узла ротора 12 с магнитами с втулкой 15, расположенной на валу 17. Затем устанавливаются болты 22 путем вставки их концом вперед через монтажные детали 18, 20 и втулки 27а, 27b так, что когда устанавливаются гайки 26, корпус 10 будет собран с узлами проводников 28, 29, опирающимися на корпус и отделенными воздушными зазорами 40, 41 от магнитов 42.

Когда вал 16 приводится в движение первым приводом, в электропроводящих деталях 30а, 30b индуцируются вихревые токи посредством магнитного потока, создаваемого магнитами и ограниченного железными опорными деталями 31а, 31b. В результате магнитный эффект, создаваемый в электропроводящих деталях 30а, 30b, вызывает отталкивание узлов проводников 28, 29 от ротора 12 с магнитами и приводит к тому, что при вращении узлов проводников 28, 29 и корпуса 10 в результате запускается вал 17 в ответ на вращение вала 16, но с меньшей скоростью вращения, что определяется как буксование. Буксование при запуске и предельное буксование после запуска определяется шириной воздушных зазоров 40, 41. Регулировочные винты 38 дают возможность регулировать воздушные зазоры после того, как муфта установлена и работает в условиях конкретной нагрузки, которая наблюдается на этом участке использования. Воздушные зазоры регулируются путем проб и ошибок для тонкой настройки мягкого пуска и буксования при работе, наиболее оптимальных для наблюдаемых условий работы.

Для достижения равномерного регулирования винтов 38 на опорные детали 18, 20 могут быть нанесены индикаторные отметки, отходящие в виде лучей от периферии горловин отверстий 37, чтобы совпадать с продольной индикаторной канавкой в винтах. Также калибровочные полоски могут быть вставлены в воздушные зазоры, и болты 38 затягиваются до тех пор, пока такая же затяжка не определится калибровочными полосками. Хотя обычно предпочтительно иметь воздушные зазоры 40, 41 одинаковой ширины, это несущественно для эффективной работы муфты.

На фиг.2 и 3 показано второе конструктивное выполнение изобретения, в котором изменен конкретный регулировочный механизм. С другой стороны, те элементы, которые являются аналогичными первому конструктивному выполнению, будут обозначены теми же номерами ссылок. Во втором конструктивном выполнении комплект узлов регулировочных болтов 50 расположен между распорными болтами 22 и простирается параллельно им. Каждый узел регулировочного болта 50 содержит элементы 51-52 болта, соединенные втулочной муфтой 53. Элемент 51 болта имеет участок 51а в виде круглой головки, промежуточный резьбовой участок 51b и участок 51с в виде стержня, предпочтительно с одной или более лысками 51d, такими как предусмотрены квадратным поперечным сечением, например, как показано на фиг.3. Аналогично элемент 52 болта имеет участок 52а в виде круглой головки, промежуточный резьбовой участок 52b и участок 52с в виде стержня, предпочтительно с одной или более лысками, дополняющими участок 51с в виде стержня. Резьбы на резьбовых участках 51b-52b имеют один и тот же шаг, но противоположное направление витков. Втулочная муфта 53 имеет продольное сквозное отверстие 53а такой формы, чтобы в него вошли и были пригнаны участки 51с, 52с в виде стержней для того, чтобы когда элементы 51 - 52 болта соединятся вместе втулочной муфтой 53, элементы болта поворачиваются в унисон. Ряд винтов 54, 54' ввинчиваются в радиальные отверстия вблизи противоположных концов муфты 53 для того, чтобы войти в зацепление с лыской участков 51с, 52с в виде стержней и удерживать втулку от перемещения концом вперед относительно связанного с ней узла болта 50. Участки в виде головки 51, 52а элементов болта выполнены с периферическими канавками, чтобы в них заходили С-образные зажимы 56, и в их наружных концах имеются щели, или им придана другая форма, чтобы в них заходила отвертка или другой инструмент для выборочного поворота узлов регулировочных болтов 50.

Для размещения элементов 51-52 регулирующего болта в монтажном диске 18, узлах проводников 28-29 и монтажной плите 20 выполнен ряд соответствующих отверстий. Отверстия в узлах проводников 28-29 имеют противоположное направление витков резьбы для того, чтобы соответствовать резьбовым участкам 51b, 52b соответственно элементов регулировочного болта, и отверстия в монтажных деталях 18, 20 предпочтительно имеют такой размер, чтобы в них с возможностью скольжения входили элементы 51-52 болта.

Когда узлы регулировочных болтов 50 находятся в рабочем положении, они ввинчиваются в узлы проводников 28, 29, выходят наружу через монтажные элементы 18, 20 корпуса 10 и удерживаются от движения концом вперед относительно корпуса посредством С-образных зажимов 56. Очевидно, что когда узлы регулировочных болтов 50 поворачиваются, результат подобен осевому перемещению узлов проводников 28, 29 вдоль распорок 22 по направлению к ротору 12 с магнитами или от ротора с магнитами в зависимости от направления поворота, выбранного для узлов регулировочных болтов. Таким образом, одинаковое регулирование воздушных зазоров 40, 41 достигается только посредством последовательного поворота узлов болтов 50.

Сборка по второму конструктивному выполнению производится аналогично сборке по первому конструктивному выполнению за исключением того, что стадия установки регулировочных болтов 38 опускается, и узлы регулировочных болтов 50 с С-образными зажимами 56 устанавливаются предпочтительно по месту на последней стадии после завершения сборки корпуса путем установки распорных болтов 22. Установка узлов болтов 50 может быть произведена путем ввинчивания элемента 51 болта в узел проводника 28, причем узел проводника находится в положении с максимальным зазором, прилегающим к монтажному диску 18, и аналогично путем ввинчивания другого элемента 52 болта в узел проводника 29, причем последний находится в положении с максимальным зазором, прилегающим к монтажной плите 20, после скольжения втулочной муфты 53 полностью по стержню 51с. Во время описанной установки элементов 51, 52 болта они ввинчиваются в узлы проводников 28, 29 до тех пор, пока С-образные зажимы 56 не соприкоснутся слегка с наружными поверхностями монтажного диска 18 и монтажной плиты 20. Далее муфта 53 будет частично надвинута концом вперед на соединительный стержень 52с, и комплект винтов 54, 54' будет затянут в стержни 51с, 52с. В описанном устройстве муфта 53 заставляет элементы 51, 52 болта поворачиваться в унисон, причем узел комплекта винтов 54, 54' предотвращает их разделение, и С-образные зажимы 56 предотвращают перемещение узла регулировочного болта 50 концом вперед относительно корпуса 10. Очевидно, что в этом конструктивном выполнении кольцевой уступ может быть выполнен на элементах 51, 52 болта по месту С-образных зажимов 56.

На фиг.4-5 показано третье конструктивное выполнение, в котором механизм регулирования зазора содержит винтовые стяжные муфты 70, расположенные между узлами проводников и между распорными болтами 22. Каждая винтовая стяжная муфта 70 имеет два невращающихся стержня 71-72 болта, образованных с резьбовыми противоположными концевыми участками 71а-72а, которые ввинчены в центральную втулочную муфту 73. Резьбы на концевых участках 71а-72а имеют противоположные направления витков резьбы и дополняются резьбой в отверстии втулки 73 так, чтобы когда втулка поворачивается, стержни 71-72 перемещаются в унисон по направлению один к другому или в противоположном направлении в зависимости от направления, в котором поворачивается муфта. Стержни 71-72 винтовой стяжной муфты могут удерживаться в фиксированном зацеплении с роторами 28, 29 с проводниками любым подходящим способом. Например, U-образные зажимы 74 могут быть пригнаны к стержням 71-72 и насажены на ободы роторов с проводниками. В этом случае U-образные зажимы 74 могут иметь раздвоенные стойки 74а, 74b, пригнанные к канавкам 75 в стержнях 71-72. Как показано на фиг.5, участки с канавками в стержнях могут иметь квадратное сечение для образования лыски, входящие в зацепление с плоскими внутренними кромками 74с раздвоенных стоек 74а, 74b зажима. Винты 76 проходят через центральное ребро 74d U-образных зажимов и затем ввинчиваются в ободы роторов проводников для закрепления зажимов 74 и винтовых стяжных муфт 70 по месту. Муфты 73 имеют предпочтительно гексагональную наружную форму для захвата гаечным ключом для регулирования или имеют радиальные отверстия, в которые заходит инструмент для поворота муфт, чтобы регулировать растяжение или сжатие винтовых стяжных муфт, чтобы соответственно увеличить или уменьшить воздушные зазоры 40-41.

Несмотря на то что предпочтительно иметь ротор с магнитами, расположенный между двумя элементами проводников 30а-30b, корпус 10 может иметь два ротора с магнитами вместо элементов проводников и один ротор с проводниками вместо ротора с магнитами 12. В этом случае ротор с проводниками должен предпочтительно содержать два проводящих кольца, расположенных на противоположных сторонах железного диска, закрепленного болтами 46 к втулке 15.

Из предыдущего должно быть ясно, что хотя здесь были описаны конкретные конструктивные выполнения изобретения для иллюстрации, могут быть изготовлены различные модификации, не выходя за пределы идеи и объема изобретения. Соответственно изобретение не ограничивается ничем, кроме прилагаемых пунктов формулы изобретения.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к магнитным муфтам, имеющим взаимодействующие друг с другом роторы с постоянными магнитами и с проводниками, разделенные воздушным зазором. Сущность изобретения состоит в том, что в том, что предлагаемая магнитная муфта содержит первый и второй валы, имеющие параллельные оси вращения, корпус или монтажный узел, расположенный на первом валу и окружающий ось вращения, ротор с постоянными магнитами, расположенный на втором валу и проходящий внутри корпуса в радиальном направлении от второго вала, два электропроводящих узла, опирающиеся на корпус или монтажный узел с возможностью перемещения и отделенные воздушными зазорами от магнитов на противоположных концах ротора, и устройство для регулирования зазоров для контроля осевого расположения электропроводящих узлов проводников в осевом направлении относительно корпуса и для выборочного изменения воздушных зазоров. Предложены пять вариантов конструктивного выполнения магнитной муфты с различными устройствами для регулирования воздушных зазоров. Технический результат - упрощение конструкции и эксплуатации магнитной муфты путем создания такой системы регулирования ее воздушных зазоров, которая может быть легко использована по месту после установки муфты. 5 н. и 19 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Регулируемая магнитная муфта, содержащая первый и второй вращающиеся валы, имеющие параллельные оси вращения, корпус, расположенный на первом валу и окружающий ось вращения, ротор с постоянными магнитами, расположенный на втором валу, проходящий внутри корпуса в радиальном направлении от второго вала, два электропроводящих узла, опирающиеся на корпус с возможностью перемещения и отделенные воздушными зазорами от магнитов на противоположных концах ротора, и устройство для регулирования зазоров для контроля осевого расположения электропроводящих узлов проводников в осевом направлении относительно корпуса и ротора для выборочного изменения воздушных зазоров.2. Муфта по п.1, в которой корпус включает удлиненные детали, расположенные параллельно оси, а узлы проводников установлены с возможностью скольжения на указанных деталях.3. Муфта по п.2, в которой устройство для регулирования зазоров включает регулировочные болты, расположенные между корпусом и узлами проводников, при повороте которых изменяются воздушные зазоры путем перемещения узлов проводников вдоль деталей.4. Муфта по п.2, в которой устройство для регулирования зазоров включает винтовые стяжные муфты, проходящие между узлами проводников, для выборочного перемещения узлов проводников в унисон в противоположных направлениях к ротору или от него для изменения воздушных зазоров.5. Муфта по п.2, в которой устройство для регулирования зазоров включает узел регулировочного болта с резьбовыми участками, имеющими противоположное направление витков резьбы и выполненными с возможностью взаимодействия с узлами проводников так, что поворот узла регулировочного болта соответственно перемещает узлы проводников в унисон в противоположных направлениях.6. Муфта по п.1, в которой корпус содержит монтажный диск, расположенный на первом валу, монтажное кольцо, отделенное по оси зазором от монтажного диска, и распорные детали, проходящие между диском и кольцом радиально наружу от ротора, причем электропроводящие узлы установлены с возможностью скольжения на распорных деталях.7. Муфта по п.6, в которой устройство для регулирования зазоров содержит первый комплект болтов, регулирующих зазор, расположенных между монтажным диском и одним из электропроводящих узлов, и второй комплект болтов, регулирующих зазор, расположенных между монтажным кольцом и другим электропроводящим узлом.8. Муфта по п.7, в которой первый комплект болтов, регулирующих зазор, имеет резьбовое соединение с монтажным диском, и второй комплект болтов, регулирующих зазор, имеет резьбовое соединение с монтажным кольцом.9. Регулируемая магнитная муфта, содержащая первый и второй вращающиеся валы, имеющие ось вращения, монтажный узел, расположенный на первом валу и окружающий ось вращения, ротор с постоянными магнитами, расположенный на втором валу, электропроводящие узлы, опирающиеся на монтажный узел с возможностью скольжения и отделенные воздушными зазорами от магнитов на противоположных концах ротора, и узлы регулировочных болтов, входящих в зацепление с электропроводящими узлами для выборочного перемещения их по оси относительно монтажного узла и ротора для регулирования ширины воздушных зазоров.10. Муфта по п.9, в которой каждый узел регулировочного болта имеет головки, пригнанные с возможностью поворота к электропроводящим узлам, и стержни, пригнанные на резьбе к монтажному узлу, посредством чего поворот болтов вызывает осевое перемещение электропроводящих узлов.11. Муфта по п.9, в которой каждый узел регулировочного болта имеет два разделенных промежутком резьбовых участка, пригнанных на резьбе к соответствующим электропроводящим узлам и имеющих противоположное направление витков резьбы, посредством чего при повороте узлов регулировочных болтов перемещаются электропроводящие узлы в унисон в противоположных направлениях.12. Регулируемая магнитная муфта, содержащая первый и второй коаксиальные вращающиеся валы, имеющие ось вращения, корпус, расположенный на первом валу и окружающий ось вращения, ротор с постоянными магнитами, расположенный на втором валу и проходящий в радиальном направлении внутри корпуса, при этом постоянные магниты образуют два ряда полюсов, обращенных в противоположных направлениях параллельно оси ротора, и первый и второй узлы проводников, установленные с возможностью скольжения на корпусе для осевого перемещения и снабженные электропроводящими элементами в корпусе, отделенными воздушными зазорами от соответствующих элементов рядов полюсов, и поворотные контролирующие зазор устройства, входящие в зацепление с узлами проводников для выборочного перемещения узлов проводников по оси в противоположных направлениях относительно ротора с магнитами и корпуса в соответствии с поворотом контролирующих зазор устройств.13. Муфта по п.12, в которой каждое контролирующее зазор устройство выполнено с возможностью зацепления с корпусом и одним из узлов проводников.14. Муфта по п.12, в которой контролирующее зазор устройство расположено между узлами проводников и действует посредством каждой резьбы, имеющей противоположное направление витков.15. Муфта по п.14, в которой каждое из контролирующих зазор устройств содержит винтовую стяжную муфту.16. Муфта по п.14, в которой резьбы с противоположным направлением витков пригнаны к дополнительным резьбам на узлах проводников.17. Регулируемая магнитная муфта, содержащая первый и второй коаксиальные вращающиеся валы, имеющие ось вращения, корпус, расположенный на первом валу и окружающий ось вращения, ротор с постоянными магнитами, расположенный на втором валу и проходящий в радиальном направлении внутри корпуса, при этом постоянные магниты создают два ряда полюсов, обращенных в противоположных направлениях параллельно оси вращения, первый и второй узлы проводников, установленные с возможностью скольжения на корпусе для осевого перемещения и снабженные электропроводящими узлами в корпусе, отделенными воздушными зазорами от соответствующих элементов ряда полюсов, и поворотные устройства для регулирования зазора, расположенные между узлами проводников параллельно оси вращения и выполненные с возможностью перемещения узлов проводников в унисон в противоположных направлениях в соответствии с поворотом указанных устройств.18. Муфта по п.17, в которой устройства для регулирования зазора содержат узел регулировочного болта с резьбовыми участками, имеющими резьбу с противоположным направлением витков и действующими таким образом, что поворот узла регулировочного болта соответственно перемещает узлы проводников в унисон в противоположных направлениях.19. Регулируемая магнитная муфта, содержащая два вала, имеющие коаксиальные оси вращения, первую группу, имеющую два ряда магнитных полюсов, вторую группу, имеющую два проводящих элемента, отделенных соответствующими воздушными зазорами от соответствующего ряда полюсов, корпус, расположенный на одном из валов и имеющий два разделенных промежутком по оси монтажных элемента, на которые опирается одна из указанных групп, ротор, расположенный на другом валу, на который опирается другая группа, и механизм, опирающийся на корпус для осевого перемещения одной из указанных групп относительно монтажных элементов, например, для изменения воздушных зазоров.20. Регулируемая магнитная муфта по п.19, в которой первая группа снабжена магнитами, проходящими через ротор, а вторая группа расположена на корпусе.21. Регулируемая магнитная муфта по п.19, в которой вторая группа расположена на противоположных сторонах ротора, а первая группа снабжена двумя расположенными с промежутком по оси рядами магнитов, опирающихся на корпус и оперативно соединенных с механизмом.22. Регулируемая муфта по п.19, в которой механизм представляет собой устройство, приводимое в действие винтом.23. Регулируемая муфта по п.19, в которой группа, опирающаяся на корпус, установлена с возможностью скольжения на направляющих элементах на корпусе, расположенных между монтажными элементами, причем механизм представляет собой винтовой механизм, проходящий через монтажные элементы.24. Регулируемая муфта по п.23, в которой винтовой механизм представляет собой винтовой механизм типа стяжной винтовой муфты.